CN101514621B - 多区域中的无钻机的防砂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于具有多个区域的井眼的无钻机防砂器具管柱。该防砂器具管柱包括多个流动端口装置，和多个连接到相应的循环端口装置的滤管装置。每组流动端口装置中的一个和滤管装置中的一个构造为可以相对于井眼的相应的区域执行防砂。流动端口装置可选择性地激活，以允许相对于相应的区域选择性地执行防砂。

Description

多区域中的无钻机的防砂

技术领域

本发明一般地涉及多区域中的无钻机的防砂。

背景技术

作为完井的一部分，执行防砂以防止或减少与烃一起产生的进入井眼的砂的量。砂的产生可侵蚀设备，阻塞安装在井眼内的管状结构，产生井下空腔(downhole cavity)，并导致其它问题。在裸眼(未衬有套管或衬管(liner)的井眼)和套管镜或衬管井眼中都可以执行防砂。使用的一种防砂技术包括砾石填充，其中包含砾石的泥浆从表面运送并沉淀到防砂滤管(sand-controlscreen)和井眼之间的环状物内。

然而，传统的砾石填充技术没有在多区域配置(multi-zone arrangements)(其中井眼分割成不同的区域，每个区域必须独立地进行砾石填充)中有效地使用。通常，砾石填充设备必须在砾石填充作业之间相对于不同的区域移动，这是耗费时间的。

发明内容

一般地，根据实施例防砂器具管柱用于具有多个区域的井眼。该防砂器具管柱具有多个流动端口装置和多个连接到相应的流动端口装置的滤管装置。其中每组流动端口装置中的一个和滤管装置中的一个可以被配置执行关于井眼的相应区域防砂作业。流动端口装置可选择性地激活，以允许选择性地执行关于相应区域的防砂作业。

其它的或替换的特征将从下面的描述、附图和权利要求中变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据实施例的用于裸眼的防砂器具管柱。

图2示出了根据另一实施例的用于套管井眼的防砂器具管柱。

图3示出了根据再一实施例的防砂器具管柱。

图4示出了合并根据图1-3中任一种的防砂器具管柱的示例性管柱。

具体实施方式

在下面描述中，将阐明大量的细节以提供对本发明的理解。然而，应理解对于本领域的技术人员可没有这些细节而实施本发明，并且从详细的实施例中大量的改变和修改是可能的。

如在此使用，在本描述中使用术语“上”和“下”；“上面的”和“下面的”；“向上地”和“向下地”；“上游”和“下游”；“在上方”和“在下方”等术语来指示给定点或元件的上方或下方的相对位置，以更清楚地描述本发明的一些实施例。然而，当应用到用于斜的或水平的井的设备和方法中时，这些术语可能指的是左到右，右到左，或其它的适当的关系。

根据一些实施例，防砂器具管柱可以用于相对于井眼中的多个区域执行选择性的防砂作业。井眼的多个区域指的是井眼的不同段(segment)，其中不同段可例如通过封隔器(packer)或其它密封件彼此隔离。从每个区域可执行烃类的生产。通过设置能够在器具管柱相应于不同区域的不同部件内选择性地控制流动端口(flow port)的操作器，使得防砂器具管柱能够在每个区域进行选择性的防砂作业。可执行相对于不同的区域防砂作业，而不必在不同的区域之间移动防砂器具管柱。

尽管用生产烃类作为参考，但应意识到防砂器具管柱可用于其它类型的井，例如用于生产淡水的井。

在一些实施例中，防砂作业包括砾石填充作业，在砾石填充作业中砾石浆沿着油管柱向下泵抽到防砂器具管柱，用于通过选择性打开的一组端口连通到器具管柱和井眼之间的井环区域。砾石浆一般包括携砂液(carrier)，其包括砾石颗粒，用来过滤出微粒以使得砂或其它小微粒不进入油管柱。根据一些实施例的防砂器具管柱可用于裸眼(未衬有套管或衬管)或套管井眼(衬有套管或衬管)。

根据一些实施例，该防砂器具管柱的好处在于将防砂装置放置达到深度之后，可在没有修井设备的情况下执行防砂作业。因而，防砂器具管柱的部件可以在不用钻机(没有钻机)的情况下操作。没有钻机的配置节省了必须建立钻机的花费。钻机一般包括钻机组和其它部件。

图1示出了根据实施例用于裸眼106的防砂器具管柱。裸眼106未衬有套管或衬管。图1中的防砂器具管柱包括多个封隔器100、102和104，其被设置以限定井眼106内的不同区域。每个封隔器100、102和104都具有密封件，当受到致动时密封件密封井眼106的表面，从而限定了第一(上)区域108和第二(下)区域110。上区域108在封隔器100和102之间，而下区域110在封隔器102和104之间。每个区域108和110邻近相应的可能具有烃的地层(formation)113、115。

应注意到封隔器100还将在封隔器上方的井眼106的区域与上区域108隔离，而封隔器104将在封隔器104下方的井眼106的区域与下区域110隔离。防砂器具管柱与油管柱112连接以允许材料(例如砾石填充浆)通过油管柱112从地表连通到防砂器具管柱。

连接在封隔器100下面的是具有多个循环端口(circulation port)116的循环端口装置114。更一般地，循环端口装置114由具有一个或多个流动端口的流动端口装置替代。循环端口装置114包括滑动套筒118(或其它类型的阀)，其可在不同的位置之间操作以允许或阻塞通过循环端口116的器具管柱的内孔120和上区域108内的井环区域122之间的连通。

上三通接头124将隔离油管126连接到循环端口装置114。上三通接头124还将循环端口装置114连接到具有滤管130的滤管装置128。滤管装置128绕隔离油管126同心设置，使得环状区域132设置在隔离油管126和滤管装置128之间。滤管装置128的滤管130可形成任何允许流体而不是砂物质或其它比确定尺寸大的特定物质流过滤管130的结构。滤管130可以是开缝管、金属丝网或能够对比预定尺寸大的特殊物质执行过滤的任何其它结构。

隔离油管126的下端和滤管装置128的下端密封接合，例如通过三通接头134，或其它密封接合的装置可在配合滤管下的磨光孔中的隔离油管126下端设置此密封。在此密封连接下方，向封隔器102提供液压连续性。

用于图1中的下区域110的防砂器具管柱的部分与用于上述上区域108的器具管柱的部分相同。用于下区域110的防砂器具管柱的部分包括连接在封隔器102下方的循环端口装置140(具有滑动套筒143和循环端口141)，和上三通接头142，其中上三通接头142将循环端口装置140连接到隔离油管144和滤管装置146。此外，用于下区域110的防砂器具管柱的部分包括下三通接头148，其将隔离油管144和滤管装置146连接到封隔器104。

应注意到用于上区域108的器具管柱部分的视图(图1中)不同于用于下区域110的器具管柱部分的视图，用于上区域108的部分的视图示出了滤管装置128的截面视图，以示出隔离油管126和三通接头124和134。相反地，用于下区域110的器具管柱部分的视图示出了每个三通接头142和148、隔离油管144和滤管装置146的局部截面视图。

在一个实施例中，封隔器100、102和104以及循环端口装置114和140可以是执行破裂操作的破裂设备(fracturing equipment)(其中处理流体被泵抽到周围的地层以相对于地层执行一些处理)。处理流体可包括破裂流体(fracing fluid)、酸、凝胶体、泡沫或其它增产流体。通过将隔离油管126、144和滤管装置128、146添加到器具管柱，作为破裂设备的部件的循环端口装置114、140和封隔器100、102、104适于防砂作业。

应注意到图1的特殊配置出于示例目的而提供的。在其它实施例中，可使用描述的部件(或替换部件)的其它配置。

在操作中，防砂器具管柱在油管柱112的端部进入裸眼106。一旦防砂器具管柱定位在井下的目标位置，封隔器100、102和104就设置成隔离区域108和110。在一个实施例中，封隔器100、102和104通过首先关闭循环端口装置114、140的循环端口而设置。然后在油管柱112和防砂器具管柱的内孔120内增大压力，以便于设置封隔器100、102和104。封隔器可通过落下球、用同心管柱展开工具移动封隔器或用连续油管(coil tubing)展开工具或通过控制线移动封隔器来设置。

在设置封隔器之后，用于下区域110的循环端口装置140受到致动，并打开循环端口装置140的循环端口141。在一个示例中这可通过实施落下球(未示出)以致球接合循环端口装置140内的滑动套筒143而完成。球提供了滑动套筒143的流体密封，以致在油管柱112和防砂器具管柱内施加的压力使得滑动套筒143移动以打开循环端口141。在替换实施中，循环端口装置140的滑动套筒143(另外类型的阀)可机械地打开，例如通过使用在油管柱112和防砂器具管柱内运行的移动工具。在再一实施中，控制线可从地表位置行进到防砂器具管柱，其中控制线可以是液压控制线、电控制线或纤维光学控制线。于是在控制线中液压、电或光信号的应用可用于打开循环端口装置140的端口141的目的。打开端口141的另外的替换技术是通过连续油管展开的移动工具。

一旦循环端口装置140的循环端口141已经打开，砾石浆可沿油管柱112向下泵抽进入防砂器具管柱的内孔120，且穿过循环端口装置140的循环端口141流出并进入下区域110内的井眼环状区域150。砾石填充作业导致向下区域110内的井眼环状区域150填充砾石。

一旦完成下区域110的砾石填充，就可以执行清洁操作，其中通过执行到地表的回流，可清除油管柱112和防砂器具管柱中的任何砂。一旦清洁操作完成，循环端口装置140的循环端口141关闭。

于是通过打开上循环端口装置114的循环端口116(使用与对于用于下区域110的循环端口装置140相似的技术)，可相对于上区域108执行砾石填充。砾石浆于是可沿油管柱112向下泵抽，且穿过循环端口116流出并进入井眼环状区域122(如图1中箭头所示)。一旦已经完成上区域108内的井眼环状区域122的砾石填充，就执行清洁操作，之后关闭循环端口116。

然后，在图1的实施例中，隔离油管126和144被刺破，以允许烃产品从地层112、114穿过滤管130、141进入防砂器具管柱。可以通过使用爆炸装置或切割工具在油管柱112和防砂器具管柱内运转来执行刺破。刺破产生隔离油管内的开口。产生的烃向上穿过防砂器具管柱穿过油管柱112到达地表。在替换实施例中，隔离油管可设置有产品端口和相关的阀(例如滑动套筒)，而不必刺破隔离油管126和144，该阀可致动到打开位置以允许烃流入防砂器具管柱的内孔中。

如上所述，图1示出了用于裸眼106的防砂器具管柱。在替换实施例中，修改形式的防砂器具管柱可用于套管井眼，例如图2中的套管井眼200。套管井眼200衬有套管202。图2的防砂器具管柱也可以与油管柱112连接。图2的防砂器具管柱与图1的防砂器具管柱共有相同的大部分部件(通用部件用同样的参考标号标出)。图2的防砂器具管柱不同于图1的防砂器具管柱之处在于，图1的防砂器具管柱的下封隔器104由显示在图2中的防砂器具管柱内的射孔封隔器(perforation packer)204替换。射孔枪管柱206连接在射孔封隔器204下方。图2示出了处于释放状态的射孔枪管柱206，其中射孔枪管柱已经从射孔封隔器204释放。然而，在初始状态下射孔枪管柱206连接到射孔封隔器204。

操作中，图2的防砂器具管柱运转进入套筒井眼200并到达一位置，在该位置下射孔枪管柱206邻近区域108和110定位。防砂器具管柱的第一位置是射孔位置。射孔枪管柱受到激活(例如通过使用油管压力、机械力、液压控制线、电控制线或纤维光学控制线)。当射孔枪管柱206受到激活时，其射出射孔射流穿过套筒202，在上区域108内形成射孔208且在下区域110内形成射孔210。射孔封隔器204可设置有快速释放机构208，其允许射孔枪管柱206从射孔封隔器204脱离，以允许射孔枪管柱206落入到井眼200的底部。一旦射孔枪管柱206发射，射孔枪管柱206可自动地通过快速释放机构208释放。替换地，快速释放机构208可由油管压力、机械力、液压控制、电控制或纤维光学控制来致动。

射孔后，对井眼200进行压井(kill)(例如通过用重流体填充井眼或通过激活隔离阀)，并且射孔封隔器204松动。这允许图2的防砂器具管柱移动到砾石填充位置(通过降低器具管柱进一步进入井眼206)。在砾石填充位置，如上所述封隔器100、102、204跨骑区域108、110。

在防砂器具管柱已经移动到砾石填充位置之后，由图2的防砂器具管柱执行与图1的防砂器具管柱描述的操作相同的砾石填充操作。

图3示出了可使用的替换器具管柱。在图3的例子中，使用封隔器306、308、310和312限定了三个区域300、302和304。在图3的配置中，没有相对于区域302和304执行防砂。相应地，区域302和304内的器具管柱部分不包括防砂装置。在每个区域302和304中，图3的器具管柱包括相应的循环端口装置314、316(例如其可用于破裂或增产操作)。

区域300内的器具管柱部分包括循环端口装置318和具有防砂管柱322的防砂装置320。应注意到，循环端口装置318和防砂装置320的配置不同于图1或图2中描述的配置。在图3中，隔离油管没有用在防砂装置320内。

循环端口装置具有滑动套筒324，其具有用于控制流体穿过循环端口326流动的过滤层。作为示例，过滤层可以是线圈或筛网或毛织品或任何介质以防止砂产生。线绕接的滑动套筒324是常用的滑动套筒，其缠绕有线以防止砂进入器具管柱的内孔328。

器具管柱还具有生产封隔器(production packer)330，其通过油管段332连接到封隔器306的上方。应注意到生产封隔器330在井眼的套管部分336中靠着套管334设置。生产封隔器330下方的器具管柱部分处于没有衬套管或衬管的裸眼段338内。

尽管仅一个区域300描述为需要防砂，但应注意到对于另外的区域，区域300内部的器具管柱的装置可重复用于在其它的区域执行防砂。在这样的构造中，可执行各自循环端口装置的选择性激活，以相对于多个区域执行选择性防砂。

图4示出了防砂器具管柱400(其可以是图1-3中的任一器具管柱)，其承载在油管柱112上，定位在井眼402(其可为裸眼106、338或套管井眼206)内。油管柱112从位于地表116的井头设备408延伸。地表116可以是陆地，或替换地，地表116在水下井的情景中可以是海床。

图4还示出了控制线404，其从井头设备408延伸到防砂器具管柱400。控制线404可以是用于控制循环端口装置(114、140)、设置封隔器、激活射孔枪和/或激活快速释放机构的液压控制线、电控制线、或纤维光学控制线(或上述的一些组合)。

虽然本发明已经对于有限数量的实施例进行了描述，但是从本公开受益的本领域技术人员将意识到大量的修改和变化。所附的权利要求期望覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改和变化。

Claims (25)

1.一种用于具有多个区域的井眼的防砂器具管柱，包括：

多个流动端口装置；和

多个连接到相应的流动端口装置的滤管装置，其中每组所述流动端口装置中的一个和所述滤管装置中的一个构造为相对于井眼的相应的区域执行防砂，其中所述流动端口装置可以在无钻机的情况下被选择性地激活，以允许相对于相应的区域选择性地执行防砂。

2.如权利要求1所述的防砂器具管柱，其中所述多个滤管装置每一个都包括防砂滤管。

3.如权利要求1所述的防砂器具管柱，还包括抵着裸眼设置的封隔器，被设置的所述封隔器限定了所述多个区域。

4.如权利要求1所述的防砂器具管柱，还包括至少一条连接到所述流动端口装置的控制线，以控制相应的流动端口装置的流动端口的打开和关闭。

5.如权利要求1所述的防砂器具管柱，其中每个所述流动端口装置具有滑动套筒，其通过落入球以接合所述滑动套筒而致动。

6.如权利要求1所述的防砂器具管柱，其中所述防砂器具管柱可使用无钻机的井头设备操作。

7.如权利要求1所述的防砂器具管柱，还包括射孔枪管柱，其可被激活以在井眼的相应的区域内产生射孔。

8.如权利要求7所述的防砂器具管柱，其中所述防砂器具管柱具有射孔位置和第二位置，所述射孔位置允许激活射孔枪管柱，而所述第二位置允许执行防砂。

9.如权利要求8所述的防砂器具管柱，还包括连接到所述射孔枪管柱的射孔封隔器。

10.如权利要求9所述的防砂器具管柱，其中所述射孔封隔器具有快速释放机构以在激活所述射孔枪管柱后释放该射孔枪管柱。

11.如权利要求9所述的防砂器具管柱，其中所述射孔封隔器连接在所述防砂装置中的一个和所述射孔枪管柱之间。

12.如权利要求1所述的防砂器具管柱，还包括隔离油管，其中所述防砂装置设置在相应的隔离油管周围。

13.如权利要求12所述的防砂器具管柱，其中每一对防砂装置和隔离油管都在其间限定了环状物。

14.如权利要求12所述的防砂器具管柱，其中每个隔离油管都构造为被刺破以允许流体从周围的地层流到所述防砂器具管柱的内孔中。

15.一种在井眼中执行防砂的方法，包括：

将防砂器具管柱降低到具有多个区域的井眼内，其中所述防砂器具管柱具有多对循环端口装置和滤管装置；和

在无钻机的情况下，选择性地激活所述循环端口装置以相对于所述相应的区域执行选择性的防砂。

16.如权利要求15所述的方法，其中选择性地激活所述循环端口装置包括：

激活第一循环端口装置，以打开在所述第一循环端口装置内的循环端口，使得砾石浆能够连通到所述多个区域中的第一区域内的井环；

关闭所述第一循环端口装置；和

激活所述循环端口装置中的第二循环端口装置，以打开在所述第二循环端口装置内的循环端口，使得砾石浆能够连通到所述多个区域中的第二区域内的井环。

17.如权利要求15所述的方法，其中执行所述防砂包括执行砾石填充。

18.如权利要求17所述的方法，还包括：

在所述多个区域已经被砾石填充之后，刺破邻近相应的滤管装置的隔离油管，以允许从邻近的地层产生的流体进入所述防砂器具管柱的内孔。

19.如权利要求18所述的方法，其中刺破所述隔离油管包括使用爆炸和切割工具中的一种。

20.如权利要求17所述的方法，还包括激活邻近所述滤管装置的油管内的阀，以允许从邻近的地层产生的流体进入所述防砂器具管柱的内孔。

21.如权利要求15所述的方法，其中所述防砂器具管柱具有封隔器，所述方法还包括在裸眼中设置所述封隔器，其中执行防砂包括在所述裸眼的区域中执行防砂。

22.如权利要求15所述的方法，其中所述防砂器具管柱具有封隔器，所述方法还包括在套管井眼中设置所述封隔器，其中执行防砂包括在所述套管井眼的区域中执行防砂。

23.一种系统，包括：

油管柱；和

连接到所述油管柱的防砂器具管柱，用于展开到具有多个区域的井眼内，所述防砂器具管柱包括：

多个流动端口装置；和

多个连接到相应的流动端口装置的滤管装置，其中每组所述流动端口装置中的一个和所述滤管装置中的一个构造为相对于井眼的相应的区域执行防砂，

其中所述流动端口装置可以在无钻机的情况下被选择性地激活，以允许相对于相应的区域选择性地执行防砂。

24.如权利要求23所述的系统，还包括至少一条连接到所述流动端口装置的控制线，以控制相应的流动端口装置的流动端口的打开和关闭。

25.如权利要求24所述的系统，其中所述至少一条控制线包括液压控制线、电控制线和纤维光学控制线中的一种。

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